【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿巷道围岩加固，尤其涉及一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法。
技术介绍
1、煤炭作为我国的主体能源和重要的化工原料，作为我国能源生产和消耗的基础，煤炭资源的开采离不开巷道的服务，井下巷道作为煤矿生产系统的通道，其稳定性和维护质量直接影响到矿井能否实现安全高效生产；西部地区将是今后中国煤炭工业生产的重点区域，西北部地区的地质条件主要呈现出如下特点：表土层多为沉积砂层；基岩层多为泥岩层、砂层、泥砂岩互层的岩体。小煤柱沿空巷道受回采扰动影响，其围岩变形是困扰我国乃至世界上煤矿生产建设的主要难题之一，给煤炭开采装备、技术等提出了更高的要求；小煤柱沿空巷道常常会因为小煤柱松散失稳而出现围岩大变形、顶板冒落，底板鼓起与片帮等工程灾害，直接影响煤炭安全高效开采；且残留小煤柱一般不能回收，极大的浪费了煤炭资源，在残留小煤柱的高引力区挖掘巷道，容易引发冲击地压事故，以及煤层瓦斯突出和瓦斯爆炸事故，同时预留护巷小煤柱受力破坏过程中造成的采空区透风，还容易引发瓦斯和火灾等事故。
2、现有技术中在留巷时一般提前对原巷道顶板采用锚、网、索、喷联合支护，但针对西部矿区的复杂条件，复合顶板岩层组合复杂，支护措施不当容易发生离层或顶板冒落，且站在开采中不同岩层的变形不一致，容易导致巷道变形，传统的支护方法在符合顶板的条件下难以满足巷道稳定性的要求，且围岩整体强度较低，受采掘扰动大，相邻工作面回采覆岩垮落空间结构形态复杂等，上述问题均对巷道的安全和稳定构成了严重威胁。
3、本专利技术提出了一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，包括如下步骤：
4、步骤s1：依据基本顶岩块间的断裂线位置划分四种断裂结构形式，对应建立四种小煤柱沿空巷道直接顶力学模型；
5、步骤s2：根据四种力学模型，分别通过直接顶静力学平衡条件计算直接顶剪力、直接顶弯矩以及直接顶挠度的关联性；
6、步骤s3：采用钻孔光学摄像法和顶板离层监测法对小煤柱沿空巷道围岩进行监测，获取沿空巷道环境参数，判断小煤柱沿空巷道所属力学模型种类，并计算岩块和煤壁的支撑载荷；
7、步骤s4：将沿空巷道环境参数以及煤壁、煤柱施加于直接顶的载荷输入对应力学模型，计算直接顶挠度最大值与小煤柱支撑荷载之间的数学关系；
8、步骤s5：获取多组沿空巷道顶板初始完整岩样和小煤柱侧巷帮初始完整煤样，制作注浆加固材料固结试样，进行一次加载试验并获取其相应的力学性能及相关参数；采用正交试验方法针对破坏后注浆耦合加固试验体的二次加载试验；
9、步骤s6：获取试验结果，得到最优小煤柱注浆加固方案中的注浆加固材料、注浆加固材料固结时间以及注浆加固材料注入率；
10、步骤s7：采用flac3d对应沿空巷道小煤柱注浆加固数值模型，计算模拟无注浆时沿空巷道巷道围岩变形数据并统计；
11、步骤s8：采用模拟退火算法获取最优注浆布设方案，得到注浆孔位置以及确定注浆孔间排距，计算模拟注浆加固后沿空巷道巷道围岩变形数据并统计；
12、步骤s9：分析注浆前后沿空巷道以及小煤柱的应力、应变与塑性区发展演化特征，确定最优注浆加固方案。
13、优选地，所述四种力学模型依据基本顶断裂线位置、巷道与实体煤壁之间的相对位置建立，四种力学模型包括基本顶断裂线位于实体煤壁内侧，基本顶断裂线位于巷道上方，基本顶断裂线位于小煤柱上方或外侧和基本顶不构成结构。
14、优选地，所述环境参数包括直接顶悬顶长度、直接顶厚度、直接顶弹性模量e、沿空巷道埋深、沿空巷道宽度和小煤柱长度以及煤壁长度。
15、优选地，所述采用正交试验方法针对破坏后注浆耦合加固试验体的二次加载试验，包括如下步骤：确定注浆加固材料、固结时间、注浆量三个关键因素，为选取的关键因素的相关参数。
16、优选地，所述步骤s5包括如下步骤：
17、制作多组注浆加固材料固结试样，根据小煤柱支撑载荷情况分别对多组沿空巷道顶板初始完整岩样和小煤柱侧巷帮初始完整煤样、注浆加固材料固结试样进行多次一次加载试验；针对每组单轴压缩后的破碎岩样和破坏煤样，采用相应注浆加固材料进行不同固结时间的耦合，获取一次加载后峰后破碎岩样耦合注浆加固试验体和峰后破碎煤样耦合注浆加固试验体，按照正交试验表调整相关参数，分别进行二次加载试验。
18、优选地，所述正交试验安排为9次试验，包括三个因素和每个因素的四个参数，生成的正交试验表共有9行3列，每一行为一次试验，每一列为不同因素，每个试验取各因素的不同参数。
19、优选地，所述步骤s8，包括如下步骤：
20、步骤s81：选取注浆间排距布设参数作为设计变量，设定目标函数值为上区段工作面开采后的总变形，，随机获取一个注浆间排距布设参数为初始解t0，并模拟获取初始目标函数f(t0)；
21、步骤s82：在当前注浆间排距布设参数tk邻域生成一个新注浆间排距布设参数tk+1；
22、步骤s83：对新注浆间排距布设参数tk+1进行注浆加固效果评估，计算新目标函数值f(tk+1)；
23、步骤s84：根据metropolis准则接受新注浆间排距布设参数tk+1；
24、步骤s85：按照指数降温策略，即tk+2＝α*tk+1的的顺序降低，其中，α是降温系数，且0<α<1，k为迭代次数，且k>1；
25、步骤s86：重复步骤s82至步骤s85，直至k达到设定迭代次数。
26、优选地，所述步骤s83包括以下步骤：
27、将获取的最优注浆加固材料及其相应的最优固结时间以及注浆注入率，将获取的新注浆间排距布设参数输入建立的注浆加固数值模型中，获取注浆后沿空巷道巷道围岩变形数据统计，不改变其他参数，与获取的注浆前沿空巷道巷道围岩变形数据统计进行注浆前后沿空巷道强度对比，以评估沿空巷道强度恢复效果。
28、优选地，所述设定概率p＝exp(-δf/tk)，当前注浆间排距布设参数目标函数值为f(tk)，δf为新注浆间排距布设参数f(tk+1)与当前注浆间排距布设参数的目标函数值f(tk)之差。
29、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
30、本专利技术提供的一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，分析并建立小煤柱沿空巷道直接顶力学模型，研究小煤柱沿空巷道围岩失稳变形的内在因素，并采用flac3d建立沿空巷道小煤柱注浆加固数值模型，基于岩样、煤样以及注浆加固材料及其破碎本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于：所述四种力学模型依据基本顶断裂线位置、巷道与实体煤壁之间的相对位置建立，四种力学模型包括基本顶断裂线位于实体煤壁内侧，基本顶断裂线位于巷道上方，基本顶断裂线位于小煤柱上方或外侧和基本顶不构成结构。
3.根据权利要求1所述的一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于：所述环境参数包括直接顶悬顶长度、直接顶厚度、直接顶弹性模量E、沿空巷道埋深、沿空巷道宽度和小煤柱长度以及煤壁长度。
4.根据权利要求1所述的一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于：所述采用正交试验方法针对破坏后注浆耦合加固试验体的二次加载试验，包括如下步骤：确定注浆加固材料、固结时间、注浆量三个关键因素，为选取的关键因素的相关参数。
5.根据权利要求4所述的一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于：所述步骤S5包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在
7.根据权利要求1所述的一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于：所述步骤S8，包括如下步骤：
8.根据权利要求1所述的一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于：所述步骤S83包括以下步骤：
9.根据权利要求7所述的一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于：所述设定概率P＝exp(-Δf/Tk)，当前注浆间排距布设参数目标函数值为F(Tk)，Δf为新注浆间排距布设参数F(Tk+1)与当前注浆间排距布设参数的目标函数值F(Tk)之差。
...【技术特征摘要】
1.一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于：所述四种力学模型依据基本顶断裂线位置、巷道与实体煤壁之间的相对位置建立，四种力学模型包括基本顶断裂线位于实体煤壁内侧，基本顶断裂线位于巷道上方，基本顶断裂线位于小煤柱上方或外侧和基本顶不构成结构。
3.根据权利要求1所述的一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于：所述环境参数包括直接顶悬顶长度、直接顶厚度、直接顶弹性模量e、沿空巷道埋深、沿空巷道宽度和小煤柱长度以及煤壁长度。
4.根据权利要求1所述的一种小煤柱沿空巷道围岩稳定性控制方法，其特征在于：所述采用正交试验方法针对破坏后注浆耦合加固试验体的二次加载试验，包括如下步骤：确定注浆加固材料、固结时间、注浆量三个关键因素，为选取的关键因素的相关参数。
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：席迅，张雷铭，张彬，高玉兵，潘继良，单鹏飞，张英，王亚军，宋正阳，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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